Фрагин М.С. Регулирование и маслоснабжение паровых турбин: настоящее и ближайшая перспектива

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 9________________________________________ 101

Глава 9. Участие турбины в регулировании

энергоблока

9.1. Постоянное и скользящее давление свежего пара

Постоянное давление свежего пара при работе под

нагрузкой предусматривается для большой части котлов,

особенно, работающих на твёрдом топливе. В блоке с такими

котлами снижение нагрузки энергоблока осуществляется

дросселированием всего расхода пара регулирующими

клапанами турбины. Такое регулирование называется

дроссельным.

Чтобы уменьшить потери от такого дросселирования

на частичных нагрузках, применяют так называемое сопловое

регулирование турбины, при котором подвод пара осу-

ществляется не по всей окружности первого рабочего колеса,

а через несколько групп сопел, как правило, также распо-

ложенных почти по всей окружности, но подачу пара в которые

можно закрывать поочереди. При работе с закрытой группой

сопел происходит только незначительное снижение эконо-

мичности, т.к. отсутствует дросселирование. В других режимах

дросселирование осуществляется не всего расхода пара, а

только части пара, проходящего через соответствующую

сопловую коробку.

Количество сопловых коробок ограничено конструк-

тивными, прочностными соображениями, обычно для крупных

турбин не превышает четырёх. Из них последняя часто

выполняется меньшей пропускной способности (это выгодно,

если блок спроектирован не для глубокого изменения мощности).

Например, большинство турбин К-300-240-1 имеет три

сопловые коробки (№1,2,3), обеспечивающие работу на

номинальной нагрузке, и четвёртую (№4), вдвое меньшей

102 Глава 9

площади, для перегрузки. При этом обеспечивается следую-

щая последовательность загрузки сопловых коробок при

нагружении: (1+2), (1+2+3), (1+2+3+4).

Используя предложение [II14] о престройке харак-

теристик сервомоторов регулирующих клапанов с целью

изменения последовательности загрузки сопловых коробок,

можно увеличить число режимов, при которых будет отсут-

ствовать дросселирование: (1+4), (1+2), (1+2+4), (1+2+3),

(1+2+3+4), т.е. результат соответствует парораспределению с

6-ю сопловыми коробками, из которых пять - половинные.

Понятно, что это повышает экономичность при работе на

частичных нагрузках и поэтому должно рассматриваться при

модернизации систем регулирования таких турбин.

Конечно, при перестройке характеристик сервомоторов

возникают трудности с обеспечением величины степени

неравномерности регулирования турбины не только после

перестройки, но и в процессе проведения перестройки.

В одной из турбин К-300-240-4 для Рязанской МГД-

установки такая перестройка сервомоторов была выполнена

путём управления с помощью МЭО кулаками обратной связи

сервомоторов в процессе изменения нагрузки, но в целом работа

системы не была опробована под нагрузкой по независящим от

турбины причинам.

Переход к электрогидравлическим сервомоторам

может значительно упростить реализацию этой идеи и сделать

её более реальной.

Скользящее давление свежего пара подразумевает

применение котлов, обеспечивающих возможность снижения

нагрузки путём снижения давления пара при номинальной

температуре. Такое "скольжение" при постоянном положении

Глава 9 ____________________________________ 103

Рис. 9.1. Режимы скольжения - зависимость давления свежего пара

от мощности:

1 - скольжение на четырех сопловых коробках, 2 - скольжение на трёх

сопловых коробка, 3 - скольжение на двух сопловых коробках,

4 - минимальное давление свежего пара

регулирующих клапанов позволяет полностью или частично

уменьшить потери на дросселирование пара в регулирующих

клапанах турбины. Наличие соплового регулирования позволяет

скользить на меньшем числе сопловых коробок по мере

снижения нагрузки. Это повышает экономичность блока на

сниженной нагрузке, т.к. экономичность самого паротурбинного

цикла повышается с ростом давления свежего пара. Например,

в турбине К-800-240-5 предусмотрена возможность скольжения

на 4-х, 3-х и 2-х сопловых коробках, в зависимости от нагрузки.

На рис. 9.1 показаны эти режимы скольжения. Переход к

скольжению на 2-х, 3-х или 4-х коробках может быть выполнен

вручную после перехода к установившемуся режиму или

автоматизирован. При этом для каждого энергоблока

существует минимальное давление свежего пара, ниже которого

оно не должно опускаться.

104 Глава 9

9.2. Регуляторы давления свежего пара

Главный регулятор давления котла осуществляет

поддержание постоянного давления свежего пара воздействием

на топливо и подачу питательной воды с помощью локальных

PI-регуляторов. При этом на турбине заданная нагрузка может

поддерживаться пропорциональным (гидромеханическим)

регулятором частоты, реализующим статическую харак-

теристику

где δ - степень неравномерности регулирования турбины.

При работе в режиме скользящего давления свежего

пара главный регулятор давления котла должен в конце концов

обеспечить постоянство заданного значения положения

регулирующих клапанов турбины, а заданная нагрузка котла

должна меняться при изменении частоты.

Существует много схем таких регуляторов. По нашему

мнению, хорошие динамические характеристики и удобство

стыковки регулирования котла и турбины имеет схема с главным

регулятором котла в виде регулятора давления свежего пара,

уставка которого меняется при отклонении положения регули-

рующих клапанов турбины (давления масла в линии управления

сервомоторами) от заданного значения по PI-закону [П15].

Подход к выбору параметров этой схемы изложен в [К14].

Регулятор разгрузки по давлению свежего пара, воз-

действующий на прикрытие клапанов турбины, предусматри-

вается для ограничения глубокого падения давления свежего

пара. Регулятор выполняется как односторонний (действующий

только на разгрузку) PI-регулятор, с коэффициентом про-

порциональности 8...10 и постоянной интегрирования

40...60 с.

Глава 9 105

Для котлов, спроектированных для работы с постоян-

ным давлением свежего пара, уставка регулятора порядка 90%.

При применении скользящего давления такой регулятор также

применяется с уставкой на 10% ниже минимального давления.

Скользящая уставка обычно не требуется.

Регулятор давления свежего пара "до себя" при-

меняется в переходных или аварийных режимах работы

оборудования, когда главный регулятор давления котла

отключается и когда требуется более точное согласование

расхода пара, вырабатываемого котлом с количеством пара,

потребляемого турбиной.

Регулятор работает как двухсторонний РI-регулятор. В

турбинах ЛМЗ, имеющих блок ЗРС, регулятор давления "до

себя" и регулятор разгрузки по давлению свежего пара

действуют на электродвигатель блока ЗРС, при этом параметры

регуляторов надо выбирать с учётом скорости вращения

электродвигателя блока ЗРС (обычно задаётся 45 с для

перемещения из положения холостого хода до положения

номинальной нагрузки).

9.3. Регуляторы мощности

Как и в предыдущем разделе, речь идёт только об

особенностях, связанных с участием турбины в общей схеме

регулирования энергоблока. При этом речь идёт об участии в

первичном регулировании частоты и мощности энергосистемы,

под которой понимается регулирование, осуществляемое

первичными двигателями.

Регуляторы мощности РМ стали устанавливаться на

энергоблоке с тем чтобы повысить точность реализации

желаемой статической характеристики энергоблока. РМ,

106 ___________________________________ Глава 9

Рис. 9.2. Коэффициент усиления k

выполняемый как PI- или Р-регулятор, реализует такую же

статическую характеристику как обычный регулятор скорости,

т.е. характеристику

ΔN + kּΔf = 0.

Однако, имея обратную связь по фактической мощ-

ности и сравнивая её с заданной, он свободен от ошибок в этой

характеристике, связанных с характеристиками парорасп-

ределения, фактическими параметрами пара (это не значит, что

их отклонения не влияют на устойчивость), другими внут-

реннимих помехами системы котёл-турбина. Кроме того, меняя

коэффициент к, можно обеспечить желаемую степень участия

блока в первичном регулировании частоты (рис. 9.2). При этом

представляется очень важной возможность выполнения

настраиваемой "мёртвой зоны", внутри которой блок может не

отзываться или в меньшей степени отзываться на отклонение

частоты от заданного значения, что способно обеспечить

Глава 9 ____________________________________ 107

разумный компромисс между требованиями энергосистемы и

возможностями экономичной работы оборудования энергоблока.

Регулятор мощности турбины РМТ на турбинах ЛМЗ,

точнее его алгоритм, т.к. реализация часто могла осуществ-

ляться на аппаратуре, применяемой заказчиком для всего

энергоблока, разрабатывался [С6] в варианте, приемлемом для

работы с различными схемами главного регулятора котла:

регулятором давления свежего пара, регулятором мощности

[С 13] и их модификациями.

Рис. 9.3. Принципиальная схема РМТ

Принципиальная схема РТМ показана на рис. 9.3. РМТ

состоит из двух регуляторов: собственно регулятора мощности

108 ___________________________________ Глава 9

РМ и регулятора минимального давления РД. Оба воздейст-

вуют на турбину через специальный выделитель минимума.

Каждый регулятор управляет турбиной до тех пор, пока другой

регулятор, подав сигнал на "убавить", не возьмёт управление

на себя. Уставка РД - 90% номинального давления.

В традиционной схеме с главным регулятором котла в

виде регулятора давления свежего пара РМТ осуществляет

регулирование мощности всего энергоблока в соответствии с

установленной в РМ статической характеристикой. При

слишком глубоком падении давления в работу вступает РД,

поддерживая давление на уровне 90% (двухсторонний

регулятор!), пока главный регулятор котла, форсируя увеличение

расхода, не увеличит расход пара так, что мощность турбины

достигнет заданной при давлении пара 90%. После этого РМТ

переключится на РМ и, поддерживая заданную мощность,

прикрытием клапанов турбины постепенно повысит давление

пара до номинального.

Регуляторы мощности РМ работали на отдельных

турбинах неблочных электростанций, когда котлы работали на

общий коллектор. При применении их на энергоблоках возникли

большие трудности с обеспечением устойчивости. Дейст-

вительно, в этом случае установка на турбине РМ приводила к

тому, что котёл полностью лишался саморегулирования со всеми

вытекающими последствиями для устойчивости при отклонении

характеристик управляющих органов от идеальных. Поэтому

принципиальной особенностью применённых РМ является

наличие в них воздействия по отклонению давления свежего

пара с коэффициентом к

. Знак воздействия принимается таким

путём, чтобы при к

= 1 происходило полное восстановление

саморегулирования котла, однако, при этом ухудшается

Глава 9 109

точность поддержания мощности в динамике. Компромиссная

настройка соответствует к

= 0,5 . Значения к

= 2...5 приб-

лижают РМ к статическому регулятору давления свежего пара

"до себя", который может оставаться на блоке при выходе из

строя главного регулятора на котле.

Регулятор мощности котла РМК с коррекцией по частоте

и по производной давления свежего пара в качестве главного

регулятора котла нашел широкое применение на многих

отечественных блоках. Турбина при этом управляется с

помощью регулятора давления "до себя", следя за котлом. Но

на турбине при этом может быть также использован и РМТ в

полном объёме, только роль РМТ в этом случае несколько иная.

Он поддерживает мощность только в переходных режимах, т.к.

окончательная мощность определяется РМК. И в этом случае

изменением коэффициента к

можно менять динамические

характеристики блока. При к

= 0,5 обе схемы могут иметь

близкий характер изменения мощности.

При работе на скользящем давлении пара в схеме с

главным регулятором давления ему необходимо менять задание

PI- регулятором положения клапанов турбины. В схеме с

главным регулятором мощности на котле воздействие по

давлению в РМ заменяется через выделитель максимума на

воздействие по положению регулирующих клапанов (число

уставок определяется режимами работы блока).

РМТ при отключении соответствующих каналов может

превращаться в регулятор давления "до себя", в регулятор

разгрузки по давлению пара, что используется в различных

ситуациях. Любое переключение и включение внешних

воздействий осуществляется безударным образом, отклю-

чением с самобалансировкой и обратным включением. При

110 Глава 9

сбросе нагрузки, при глубоком падении или повышении частоты

РМТ должен отключаться.

С помощью РМТ удобно реализовывать тот или иной

алгоритм ограничителя темпа изменения и задания мощности,

в том числе исходя из возникающих в деталях турбины

термических напряжений. Этому вопросу будет уделяться всё

большее внимание из-за стремления к ускоренному ведению

режимов и открывающимися в применяемой цифровой технике

возможностями реализации значительно более сложных

алгоритмов (Лейзерович А.Ш.), чем просто заложенных в

заводских инструкцих для персонала (Швец В.М).

9.4. Управление мощностью турбины в специальных

режимах энергосистем

Импульсная разгрузка турбины по сигналам проти-

воаварийной автоматики энергосистем с целью сохранения

динамической устойчивости наиболее исследована и нашла

применение вместо отключения выключателей генератора [С6,

СП и ссылки в них]. Запаздывание в изменении паровой

мощности менее 0,2 с и высокий темп снижения мощности

достигнут благодаря высокому быстродействию системы

регулирования в сторону закрытия.

Модификации импульсной разгрузки - воздействие

только на клапаны ЦСД [К20] или только на клапаны ЦВД с

целью дозирования глубины разгрузки, что может требоваться

при большой местной нагрузке на передающем конце линии

электропередачи, не нашли пока применения. Однако,

применение раздельных ЭГП для сервомоторов РК ЦВД и РК

ЦСД в новых схемах регулирования типа изображённых на

рис. 7.2 и 8.3 позволяет просто реализовывать эти воздействия

и вновь вернуться к этому предложению.